2025年水力學(xué)計(jì)算題考試及答案一、考試題目（一）選擇題（每題5分，共25分）1.水力學(xué)中，單位質(zhì)量力是指作用在（）上的質(zhì)量力。A.單位面積B.單位體積C.單位質(zhì)量D.單位重量2.已知液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為80kN/m2，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（）。A.18kN/m2B.-18kN/m2C.80kN/m2D.98kN/m23.圓管層流中，斷面平均流速v與管軸處的最大流速vmax的關(guān)系為（）。A.v=0.5vmaxB.v=vmaxC.v=1.5vmaxD.v=2vmax4.水在垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)，相距l(xiāng)的兩斷面間，測(cè)壓管水頭差為h，則兩斷面間沿程水頭損失hf為（）。A.hB.l-hC.l+hD.以上都不對(duì)5.矩形斷面渠道的底寬為b，水深為h，則水力半徑R為（）。A.b+hB.(b+h)/2C.bh/(b+2h)D.bh/(2b+2h)（二）填空題（每題5分，共25分）1.流體的粘性是指流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于流體層間的______而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗流體變形的性質(zhì)。2.靜止液體作用在平面上的總壓力的大小等于______與受壓面面積的乘積。3.雷諾數(shù)Re是反映流體流動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，其表達(dá)式為Re=______。4.明渠均勻流的水力坡度J、測(cè)壓管坡度Jp和渠底坡度i之間的關(guān)系為_(kāi)_____。5.水躍是明渠水流從______過(guò)渡到______的局部水力現(xiàn)象。（三）簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述液體的表面張力現(xiàn)象，并舉例說(shuō)明其在工程中的應(yīng)用。2.說(shuō)明尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線的分區(qū)及各分區(qū)的特點(diǎn)。（四）計(jì)算題（每題15分，共30分）1.如圖所示，一封閉水箱，水面上的絕對(duì)壓強(qiáng)p0=85kN/m2，水箱右側(cè)接一玻璃管，玻璃管內(nèi)水面與水箱內(nèi)水面的高差h=2m。試求：（1）水箱內(nèi)水面的相對(duì)壓強(qiáng)；（2）玻璃管內(nèi)水面的絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)。（已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a=98kN/m2）[此處可簡(jiǎn)單手繪一個(gè)封閉水箱接玻璃管的示意圖]2.有一圓形斷面有壓管道，管徑d=0.2m，管長(zhǎng)l=100m，水的流量Q=0.05m3/s，沿程阻力系數(shù)λ=0.02。試求：（1）斷面平均流速v；（2）沿程水頭損失hf。二、答案解析（一）選擇題答案及解析1.答案：C解析：?jiǎn)挝毁|(zhì)量力是指作用在單位質(zhì)量上的質(zhì)量力，它的單位是m/s2，與加速度的單位相同。所以選C。2.答案：B解析：相對(duì)壓強(qiáng)p=pabs-pa，其中pabs為絕對(duì)壓強(qiáng)，pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮骸Ｒ阎猵abs=80kN/m2，pa=98kN/m2，則p=80-98=-18kN/m2。所以選B。3.答案：A解析：對(duì)于圓管層流，斷面平均流速v與管軸處的最大流速vmax的關(guān)系為v=0.5vmax。這是通過(guò)對(duì)圓管層流的流速分布公式積分推導(dǎo)得出的。所以選A。4.答案：C解析：根據(jù)能量方程，對(duì)于垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)的水，兩斷面間的能量關(guān)系為z1+p1/γ+v12/2g=z2+p2/γ+v22/2g+hf。測(cè)壓管水頭差h=(z1+p1/γ)-(z2+p2/γ)，兩斷面間距為l=z1-z2，由于是等直徑管，v1=v2，所以hf=l+h。所以選C。5.答案：C解析：水力半徑R=A/χ，其中A為過(guò)流斷面面積，χ為濕周。對(duì)于矩形斷面渠道，A=bh，χ=b+2h，則R=bh/(b+2h)。所以選C。（二）填空題答案1.相對(duì)運(yùn)動(dòng)解析：流體的粘性是由于流體層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗流體變形的性質(zhì)。當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，各層流體的流速不同，相鄰層之間就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。2.受壓面形心處的壓強(qiáng)解析：根據(jù)靜止液體作用在平面上總壓力的計(jì)算公式P=pcA，其中P為總壓力，pc為受壓面形心處的壓強(qiáng)，A為受壓面面積。3.vd/ν解析：雷諾數(shù)Re的表達(dá)式為Re=vd/ν，其中v為斷面平均流速，d為特征長(zhǎng)度（對(duì)于圓管通常取管徑），ν為流體的運(yùn)動(dòng)粘度。雷諾數(shù)用于判斷流體的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)Re<2000時(shí)，流動(dòng)為層流；當(dāng)Re>4000時(shí)，流動(dòng)為紊流。4.J=Jp=i解析：在明渠均勻流中，水流的流速沿程不變，水深沿程不變，所以水力坡度J、測(cè)壓管坡度Jp和渠底坡度i三者相等。水力坡度表示單位長(zhǎng)度流程上的水頭損失，測(cè)壓管坡度表示單位長(zhǎng)度流程上測(cè)壓管水頭的變化，渠底坡度表示渠道底部的傾斜程度。5.急流；緩流解析：水躍是明渠水流從急流過(guò)渡到緩流的局部水力現(xiàn)象。在水躍發(fā)生處，水流的流速突然減小，水深突然增大，伴有強(qiáng)烈的紊動(dòng)和能量損失。（三）簡(jiǎn)答題答案1.液體的表面張力現(xiàn)象是指液體表面由于分子間的內(nèi)聚力作用，使其表面有收縮的趨勢(shì)，如同在液體表面存在一層彈性薄膜。例如，在毛細(xì)管中，水會(huì)上升，這是因?yàn)樗谋砻鎻埩εc管壁對(duì)水的附著力共同作用的結(jié)果。在工程中，表面張力現(xiàn)象有很多應(yīng)用。在浮選工藝中，利用表面張力使礦物顆粒附著在氣泡上，從而實(shí)現(xiàn)礦物的分離；在噴灑農(nóng)藥時(shí)，通過(guò)調(diào)整農(nóng)藥溶液的表面張力，使藥液能夠更好地附著在植物葉片上，提高農(nóng)藥的利用率。2.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線根據(jù)雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度Δ/d的不同，分為五個(gè)區(qū)：-層流區(qū)：當(dāng)Re<2000時(shí)，流動(dòng)為層流。此時(shí)沿程阻力系數(shù)λ僅與雷諾數(shù)Re有關(guān)，λ=64/Re，且流動(dòng)呈線性規(guī)律，水頭損失與流速的一次方成正比。-臨界區(qū)：Re在2000-4000之間，流動(dòng)處于從層流向紊流的過(guò)渡階段，λ與Re有關(guān)，此區(qū)域水流不穩(wěn)定，工程中應(yīng)盡量避免。-紊流光滑區(qū)：當(dāng)Re較大且相對(duì)粗糙度較小時(shí)，管壁的粗糙凸起被層流底層所覆蓋，對(duì)紊流核心區(qū)的流動(dòng)沒(méi)有影響。λ僅與Re有關(guān)，可由布拉休斯公式λ=0.3164/Re^0.25計(jì)算。-紊流過(guò)渡區(qū)：隨著Re的增大和相對(duì)粗糙度的增加，層流底層變薄，管壁的粗糙凸起開(kāi)始影響紊流核心區(qū)的流動(dòng)。λ與Re和Δ/d都有關(guān)，通常使用柯列勃洛克公式計(jì)算。-紊流粗糙區(qū)：當(dāng)Re很大且相對(duì)粗糙度較大時(shí)，層流底層厚度遠(yuǎn)小于管壁的粗糙凸起高度，λ僅與相對(duì)粗糙度Δ/d有關(guān)，與Re無(wú)關(guān)，此時(shí)水頭損失與流速的平方成正比，也稱(chēng)為阻力平方區(qū)。（四）計(jì)算題答案1.（1）水箱內(nèi)水面的相對(duì)壓強(qiáng)p0r=p0-pa已知p0=85kN/m2，pa=98kN/m2，則p0r=85-98=-13kN/m2（2）玻璃管內(nèi)水面的絕對(duì)壓強(qiáng)p1abs根據(jù)等壓面原理，玻璃管內(nèi)水面與水箱內(nèi)水面在同一等壓面上，所以玻璃管內(nèi)水面的絕對(duì)壓強(qiáng)p1abs=p0+γh其中γ為水的容重，γ=9.8kN/m3，h=2m，p0=85kN/m2則p1abs=85+9.8×2=85+19.6=104.6kN/m2玻璃管內(nèi)水面的相對(duì)壓強(qiáng)p1r=p1abs-pa=104.6-98=6.6kN/m22.（1）斷面平均流速v根據(jù)流量公式Q=Av，其中A為過(guò)流斷面面積，對(duì)于圓形斷面A=πd2/4已知d=0.2m，Q=0.05m3/sA=π×(0.2)2/4=0.0314m2v=Q/A=0.05/0.0314≈1.59m/s（2）沿程水頭損失hf根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式hf=λ(l/d)(v2/2g)已知λ=0.02，l=100m，d=0.2m，v=1.59m/s，g=9.8m/s2hf=0.02×(100/0.2)×(1.592/(2×9.8))=0.02×500×(2.5281/19.6)=10×0.129=1.29m綜上所述，通過(guò)本次考試題目及答案